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無人機室內救援自主避障技術介紹(競賽篇)

2019年12月20日

一、

室內救援對避障技術的要求

無人機的室內救援任務主要有三大要求:其一,是飛行姿態的穩定性要求。空中機器人(即無人機)在執行任務過程中必須保持飛行軌跡平滑,高度基本不變,這也是對飛行器的基礎要求;其二,是對障礙物的精準識別及規避;其三,要求無人機完成規避后恢復預定軌跡。


圖1 無人機輸送救援物資


二、

避障技術發展階段及方式

無人機避障技術可簡單分為三個階段:感知障礙物并停止階段;獲取障礙物深度圖像自主繞開階段;建立區域地圖合理規劃路徑階段。這三個避障技術對應到幾種傳感器有:超聲波、毫米波、激光紅外、雙目視覺、電子地圖等。這幾種避障方式技術原理不同,因此適用的場景也會因需而議。之前我們有簡單介紹過三種常見避障傳感器的優劣勢,各位可以參考


圖2 常見三大傳感器(左至右 激光雷達、紅外、毫米波雷達)


三、

四旋翼無人機避障案例(室內競賽方案)

本案例基于室內競賽方案,開發基于激光雷達的室內自主避障功能的四旋翼無人機,模擬存在障礙物情況下的室內環境,能實現全自動規避障礙,返回既定軌跡,達到目標位置的功能。


與實際救援場景不同,競賽的主要難點在于,在沒有足夠參照物的條件下,如何在完成規避任務后,回到既定的軌跡上。為解決以上要求,可以將四旋翼避障無人機分為飛行姿態控制及解算模塊、前向及對地激光測距模塊、攝像尋線模塊、光流定點模塊四大部分。

圖3 傳感器模塊結構分布圖


為了保證四旋翼在自主避讓障礙物過程中時刻保持在飛行區域中央位置,可以采用對地攝像頭OPENMV以輔助對航線判定。當檢測到左側出現邊際線時,飛行器向右修正;當檢測到右側出現邊際線時,飛行器向左修正,以保障飛行航線。同時,利用北醒激光測距模塊檢測機體與障礙物之間的距離并通過其反饋值,實現四旋翼對障礙物的識別及機體與障礙物的距離保持。


智能化無人機離不開傳感器的加持,相信科學運用各項傳感器技術,能夠助力無人機更快深入到安防、運輸、建筑、農業等各個領域,迎來真正的無人機大時代。


關于北醒

北醒專注于固態激光雷達(智能傳感器—TF測距傳感器系列、CE30 3D傳感器系列)的研發與生產,產品可廣泛應用于無人駕駛、無人機、機器人、AGV、智能交通、工業自動化、物聯網等領域。


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